紫杉醇的生产
第6章紫杉醇生产工艺
第六章紫杉醇的生产工艺
6.1 概述
6.1.1 紫杉醇类药物
1、紫杉醇
紫杉醇（Paclitaxel，Taxol®）的化学名称为5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,13α-五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13-[(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯] ，英文化学名称为13-[(2′R,3′S) -N-carboxyl-3′-phenylisoserine, N-benmethyl ester, 13-ester with 5β,20-epoxyl-1β,2α,4α,7β,13α-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate。
紫杉醇具有复杂的化学结构，属三环二萜类化合物，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成（图6－1）。分子中有11个手性中心和多个取代基团。分子式为C47H51NO14，分子量为853.92，元素百分比为C：66.41，H：6.02，N：1.64，O：26.23。紫杉醇难溶于水，易溶于甲醇、二氯甲烷和乙氰等有机溶剂。
图6－1 紫杉醇的化学结构
2、多烯紫杉醇
多烯紫杉醇（多西他赛，Docetaxel，Taxotere®，图6－2）是在开展紫杉醇半合成研究过程中发现的一种紫杉醇类似物，两者仅在母环10位和侧链上3'位上的取代基略有不同。多烯紫杉醇的化学名称是5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,10β,13α-六羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-[(2′R,3′S) -N-叔丁氧羰基-3′-苯基异丝氨酸酯]·三水合物，英文化学名称为-13-[(2′R,3′S) -N-carboxyl-3′-phenylisoserine, N-tertbutyl ester, 13-ester with 5β,20-epoxyl-1β,2α,4α,7β,10β,13α-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate 。分子式为C43H53NO14·3H2O，相对分子质量为861.9。
工厂化生产紫杉醇的流程
工厂化生产紫杉醇的流程
英文回答：
The process of industrial production of paclitaxel, also known as Taxol, involves several steps. Paclitaxel is a natural compound found in the bark of the Pacific yew tree (Taxus brevifolia), but its extraction from the tree
is not a sustainable option due to the slow growth rate and limited availability of the tree. Therefore, scientists have developed a synthetic process to produce paclitaxel in large quantities.
The first step in the production of paclitaxel is the isolation of the precursor compound, 10-deacetylbaccatin III, from renewable plant sources such as the needles of the European yew tree (Taxus baccata) or the leaves of the English yew tree (Taxus baccata). This compound is then converted into paclitaxel through a series of chemical reactions.
紫杉醇提炼步骤
紫杉醇规模生产工艺及方案（1500 吨/年规模）
一、项目规模生产工艺方案
1、紫杉醇概述紫杉醇具有复杂的化学结构，母核部分是一个复杂的
四环体系，有许多的功能基团和立体化学特征，化学名称为：5B, 20- 环氧-1，2 a，4，7® 10伏13 a-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4, 10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-[ （2'R 3' ）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯，分子由3 个主环构成二萜核，上连1 个苯异丝氨酸侧链，分子中有11 个手性中心和多个取代基团，分子式为C47H51NO14,相对分子质量853.92，元素百分比（%）C: 66.41, H:6.02, N:1.64, 0:26.23。紫杉醇结构式为：紫杉醇为白色结晶性粉末，无臭，无味，在甲醇、乙醇或氯仿中溶解，在乙醚中微溶，在水中几乎不溶。甲醇制3mg/ml 的溶液，比旋度为-48C ~56C。甲醇制15卩g/ml 的溶液，在227nm处有最大紫外吸收，10mg紫杉醇加甲醇溶液10ml溶解后应澄清无色。紫杉醇注射剂是新型抗微管药物，通过促进微管蛋白聚合抑制解聚，保持微管蛋白稳定，抑制细胞有丝分裂。体外实验证明紫杉醇具有显
著的放射增敏作用，可能是使细胞中止于对放疗每咸的G2 和M 期，适用于卵巢癌和乳腺癌及NSCLC 的一线的二线治疗。用于头颈癌、食管癌、精原细胞瘤，复发非何金氏淋巴瘤等治疗，静脉给予紫杉醇注射剂，药物血浆浓度呈双曲线，蛋白结合率89%~98%，主要在肝脏代谢，随胆汗进入肠道，经粪便排出体外（＞90%）,经肾清除只
紫杉醇工厂化生产流程
紫杉醇工厂化生产流程
1.紫杉醇是一种重要的抗癌药物。
Paclitaxel is an important anti-cancer drug.
2.它可以从紫杉树的树皮中提取得到。
It can be extracted from the bark of the Pacific yew tree.
3.为了实现工厂化生产，首先需要收集大量的紫杉树皮。
To achieve industrial production, a large amount of
Pacific yew bark needs to be collected first.
4.收集的树皮会被送往生产基地进行初步处理。
The collected bark will be sent to the production base
for initial processing.
5.首先，树皮会被剥离并清洗干净。
First, the bark will be stripped and cleaned.
6.接下来，经过干燥处理，去除多余水分。
Next, after drying, excess moisture will be removed.
7.处理后的树皮会被切碎或研磨成粉末。
The processed bark will be chopped or ground into powder.
8.粉末会被放入提取设备中进行浸提过程。
The powder will be placed in an extraction device for the extraction process.
紫杉醇有机全合成.
• 1994年，中国医学科学院药 物研究所有关专家会同中国 科学院的专家，在一次保护 野生红豆杉资源专题会议上 向林业部建议我国亦应颁布 保护这种野生资源的法令。 1995年野生红豆杉被列为国 家一级保护植物，相当于 “植物中的大熊猫”，严禁 砍伐。
紫杉醇来源的最新设想
• 目前生产紫杉醇的原料主要是红豆杉树皮， 而红豆杉是世界濒危的珍稀保护物种，所以 要在地球上得到紫杉醇非常难。由于太空环 境如微重力、高真空等条件与地面环境有天 壤之别，可以将紫杉醇菌带到宇宙飞船中， 实验证明，在太空特殊环境的“洗礼”中， 紫杉醇产生菌不但能够存活，而且它的繁殖 速度可以比地面高出许多倍，这就有望彻底 解决紫杉醇来源稀有的难题。
• 从自然资源中提取药物，造福患者，本是 件治病救人的好事，但如何在药物开发和 保护自然资源之间寻求平衡，这是我们今 天必须面对的现实问题。
• 完全从生物中提取是远远不够的，而且破坏 生态环境，这要求我们必须经过另外的一条 道路。 什么道路呢
？
现今可以选择的道路：
1.生物合成 2.利用紫杉树的细枝、叶等可再生材料， 提取初级原料，再人工半合成生产紫杉醇 3.有机化学合成
• 目前已有研究表明该药具有良好的放疗增 敏作用，这个浓度远低于细胞毒性作用所 需要的水平。多烯紫杉醇通过诱导肿瘤细 胞发生G2/M期阻滞和促进细胞凋亡来实现 其增敏作用，而射线作用于肿瘤细胞后最 终也使细胞发生凋亡 。
紫杉醇的人工合成方法
紫杉醇的人工合成方法:
1 植物组织培养
植物组织培养利用植物细胞全能性，可利用红豆杉植株嫩茎、针叶、树皮、形成层、假种皮、胚等作为外植体进行培养，从而形成大量的提取原料。目前国内外有很多报道，取得了显著成果。
2 微生物生产
Stierle等从短叶红豆杉韧皮部分离到一种寄生真菌（Taxomyces andreanae）可以在特定的培养基中产生紫杉醇及其相关经合物，但由于目前产量极低，还未能在生产中得到应用。通过改变培养条件和应用重组DNA技术，可望提高紫杉醇的产量。
由于根是除树皮外紫杉醇含量较高的器官，人们利用发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）侵染红豆杉植物外植体诱导生根，通过此培养系统进行紫杉醇生产的尝试，因为这一培养系统无需外援激素、发根生产迅速、遗传性状稳定而受到重视。
积极寻找能合成紫杉醇或其类似的微生物，从微生物的合成途径中定位关键酶和克隆相关基因，将比对植物的研究有更大的意义。
3 使用生物工程法来合成
利用生物工程的方法大规模生产紫杉醇是使用生物工程手段，培育、筛选出可大量产生紫杉醇的菌株，通过对它们不断地扩充培养，实现在培养基里“无限制地”生产紫杉醇，而无须再去砍伐自然界已所剩无几的红豆杉树。
实例目前已从一棵百年红豆杉的树皮中分离、筛选出一株紫杉醇产生量十分可观的菌种，命名为HQD33，然后利用化学、物理等多种方法多次诱变、优化其基因结构，再利用生物工程的手段进行处理，最终培育构建出在每升培养液中可产出448.52微克紫杉醇的高产菌株。
4 人工半合成
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线的剖析
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线
的剖析
一、本文概述
本文旨在全面剖析紫杉醇全合成的Holton合成路线，这是一种被广泛研究和应用于抗癌药物紫杉醇生产的重要方法。紫杉醇，作为一种具有显著疗效的天然抗癌药物，自被发现以来，其合成路线的研究一直备受关注。Holton合成路线，作为其中的一种，凭借其高效、稳定和可持续的特点，在紫杉醇的工业生产中占据了重要地位。
本文将从紫杉醇的化学结构出发，详细阐述Holton合成路线的原理、步骤和关键反应。我们将分析该路线的化学选择性、反应条件和反应机理，以揭示其高效合成紫杉醇的科学依据。我们还将对Holton合成路线的优缺点进行评估，探讨其在实际工业生产中的应用前景和改进方向。
通过本文的剖析，我们期望能为读者提供一个清晰、全面的紫杉醇全合成Holton合成路线的理解，为相关领域的研究和开发提供有益的参考。我们也希望借此机会推动紫杉醇合成路线的不断创新和优化，以更好地服务于抗癌药物的研发和生产。
二、Holton合成紫杉醇路线概述
Holton合成路线是一种全合成紫杉醇的方法，由Robert A. Holton等人在1994年首次报道。该路线从易得的原料出发，通过多步骤的化学转化，最终得到紫杉醇。这一路线的成功，不仅为紫杉醇的大规模生产提供了可能，而且也为其他复杂天然产物的全合成提供了新的思路和方法。
Holton合成路线主要包括以下几个关键步骤：从简单易得的起始原料出发，通过一系列的化学反应，构建紫杉醇的基本骨架。这些反应包括加成、消去、取代、氧化等，每一步都需要精确控制反应条件和选择适当的催化剂。
紫杉醇发酵生产工艺
微生物发酵生产紫杉醇
产品介绍及社会价值：紫杉醇是一种二萜
类衍生物，是当前公认的广谱、活性强的
抗癌药物之一⋯。紫杉醇最早是wanj等于
1971年从短枝红豆杉(7Ikusbreviifolia)
树皮中分离得到的。随后，schiff等证实
紫杉醇具有独特的抗癌机制。随着紫杉醇
的临床应用，对其研究也逐渐深入，其主
要抗癌机制为抑制肿瘤细胞的微管
(Microtllbules)合成，以
阻断细胞分裂，致使肿瘤体积逐渐缩小；紫杉醇还可诱导细胞凋亡，另外还有类似脂多糖(IPS)的作用，可调节机体的免疫功能。目前国际市场上的紫杉醇仍依靠从红豆杉树皮提取及半合成，迄今为止尚未见有第三种形式形成大规模工业化生产的报道。紫杉醇的工业生产受到了原料和技术两方面的制约，短期内难以突破。为了解决红豆杉资源短缺与紫杉醇需求量的日益增加的矛盾，人们对生产紫杉醇进行了多方面的研究，包括化学全合成、红豆杉细胞培养及微生物发酵。微生物发酵法生产紫杉醇因具有明显优势，其研究和开发越来越受到国内外研究学者的广泛关注。
这里提出一种运用基因工程，代谢工程，发酵工程结合的方法生产紫杉醇，该法首先将杉醇纯合成基因克隆至大肠杆菌，让其高产紫杉二烯，再把它流加至高产紫杉醇酵母的发酵罐中，运用代谢工程手段生产紫杉醇。
创新点：运用克隆方法，将合成紫杉二烯的代谢过程酶的结构基因，以及调控系列克隆至大肠杆菌，让其表达，此过程刚被Parayil Kumaran Ajikumar及其同事实现，而运用代谢工程手段让高产紫杉醇酵母利用紫杉二烯这个前体高产紫杉醇，这是没尝试但可行的。
有关紫杉醇生产的影响因素与对策
有关紫杉醇生产的影响因素与对策
有关紫杉醇生产的影响因素与对策
紫杉醇(Taxol) 是从红豆杉科(Taxaceae)红豆杉属(Taxus) 植物树皮、针叶中分离出的一种四环二萜酰胺类化合物, 它能有效地治疗晚期卵巢癌, 乳腺癌和其它癌症, 被称为是过去几十年中发现的最好的抗癌药物。1992 年12月29日, 美国FDA 正式批准紫杉醇作为治疗晚期卵巢癌的新抗癌药物(商品名为Paclitaxel)。由于紫杉醇在植物体中的含量相当低,大约从3～6棵60～100年生大树的树皮中才能提取到1g 紫杉醇, 可治疗一个癌症患者。目前全球每年200kg紫杉醇的消耗量意味着要砍伐100万棵红豆杉大树, 随着紫杉醇应用范围的扩大, 其需求量必然会逐年增加, 而红豆杉树生长速度相当慢, 直径20cm的树需生长100年! 因此, 伐树生产紫杉醇的方法不仅会严重破坏该树的长期生存和分布, 也根本无法满足人们对紫
杉醇的需求。尖锐的供需矛盾在医学、化学和生物学领域中引起了一场非同寻常的广泛研究, 以增加这种化合物的来源。
目前生产紫杉醇的主要方法
紫杉醇的生产方法主要是提取分离和化学合成，提取分离的方法按来源不同又可分为三大类: 从植物中分离提取、从真菌中分离提取及从培养细胞中分离提取。
1.1 直接从红豆杉科植物中分离提取
紫杉醇含量与种、部位、生长年限、生长环境等因素有关。在所有红豆杉中短叶红豆杉中紫杉醇含量最高；从生长时间上看，生长时间越长的器官或组织紫杉醇含量越高；从生长环境上看，生长在阴处的树皮比暴露在日光下的高；就部位来看，一般树皮中紫杉醇含量较高，短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量可达
微生物发酵法生产抗癌药物紫杉醇
（三）与 “前提内生真菌”一起培 养
如产紫杉醇合成前体 10-去乙酰巴卡亭 III
和巴 卡亭 III 的内生真菌
4 发酵产物的处理
1）紫杉醇的提取 • 常用的有机溶剂：甲醇、乙醇、氯仿、二 氯甲烷、乙酸乙酯等 • 提取原则：能够充分萃取出发酵液和菌丝 中的紫杉醇 • 具体方法：
• 发酵液过滤后, 菌丝研磨（加适量石英砂），滤液 称量体积。 • 滤渣烘干( 低于50℃) ,滤渣用适量乙酸乙酯萃取, 滤液用1/2 滤液体积的乙酸乙酯萃取( 30min) , 下 层水层再用乙酸乙酯萃取一次, 合并乙酸乙酯,减 压蒸馏。 • 用适量甲醇洗涤减压蒸馏得到的固体, 再用正己烷 洗涤15min, 收集下层甲醇, 加入乙酸乙酯和水( 1： 1) 进行萃取( 30min) , 将收集的乙酸乙酯进行减 压蒸馏, 用一定量的乙腈洗下固体, 0 ℃密封保存。
• （1）缺乏良好的适合发酵的工业菌株
• （2）由于发酵条件的限制，单位培养液中 紫杉醇的含量低
三 提高内生菌紫杉醇的产量的方法
（一）改良菌种
1. 利用常规的诱变改良菌种
2. 利用原生质体融合改良菌种 3. 利用基因工程构建工程菌
分离紫杉醇合成代谢酶类和获得它们的 cDNA 克隆，将已经构建的携 带紫杉醇合成途径关键酶基因的真菌表达载体转入高产紫杉醇内生真菌中， 获得高产紫杉醇工程菌株
紫杉醇发现到临床应用大约经历了30 年的时间。
紫杉醇生产工艺精选
的树 皮及 枝 叶 中分 离 得 到 的紫 杉 烷 类 化 合 物 之一 。
我 国是红 豆杉 属植 物 资 源 最 丰 富 的 国 家 ， 云南 红 有 豆杉 、 中国红 豆杉 、 东北 红豆 杉及 西藏 红豆 杉 ４种和 南 方 红豆 杉 １ 变种 。云南 红豆 杉资 源分 布在 云南 个
晶。
柱层析 的原 理 ： 于 吸 附剂 对 分 离 物质 的吸 附 基 能力不 同 ， 在一定 的洗 脱条 件下 ， 通过 反复 的吸 附作 用使得 各 组 分 因 移 动 速 度 的 不 同而 分 别 富集 和 分 离。
重 结 晶原理 ： 用 混合 物 中各 组 分在 某 种 溶 剂 利 中溶解 度不 同 ， 且 随 温度 的升 降 或 加入 不 同 的溶 并 剂 而 改变各 组分溶 解 度 ， 而使其 相互 分离 。 从
分 裂繁 殖 。 由于紫 杉 醇 独 特 的抗 癌 机 理 ， 引起 了全
ＯＨ
世 界 医药界 的特 别关 注 ， 为 继 阿霉 素及 顺 铂 后 最 成
重要 的最热 销 的具 有广 谱 性 的抗 癌 新 药 ， 目前 已在
几 十个 国家 上市 。
１４ 产 品 来源 ．
＇Ｈ Ｏ
紫杉 醇为 红 豆 杉属 （ 名 ： 杉 属 ， ａｕ ） 物 又 紫 Ｔｘｓ 植 其他 名称 ： ａｏ 或 Ｔ ｘｌ Ｔ ｘｌ ａｏ Ａ。 美 国化学 文摘 号 ：３ ０ ９— ２— ］ ［３６ ６ ４ 。 化学分 类 ： 二萜类 紫杉烷 。
紫杉醇生产工艺
概述
4) 半合成紫杉醇
• 母核：红豆杉针叶中提取BaccatinIII（R=Ac）和 10-去乙酰基巴卡亭III（10-DAB，R=H）
• 侧链：化学合成；
C6H5CONH O
2
C6H5 3
1 OH
OH
侧链： (2R,3S)-3- N-
-苯甲酰苯异丝氨酸
18
RO
11
O
12
10
17
9 19 OH
HO 13 15
17
9 19 OH
OH
分子式C47H51NO14 分子量853.92 11个手性中心
16
8
14
1
2
3
HO
4
C6H5C OO CH3COO
7 6
5
O
20
难溶于水，溶于 甲醇、二氯甲烷 和乙腈。
三环二萜类化合物：三个主环的 二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链
紫杉醇生产工艺
概述
6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线研究 ？
2) 晚期非小细胞肺癌有效率达31% 3) 对晚期卵巢癌有效率达30% 4) 胰腺癌好转率为29%、头颈癌44%、胃癌24%。
紫杉醇生产工艺
概述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6. 1.1 紫杉醇类药物
紫杉醇与多烯紫杉醇理化性质
(CH3)3O
18
紫杉醇的生产
随着基因工程的发展和在各领域的技术突破， 利用基因工
程技术将红豆杉科植株中生成紫杉醇的基因转接到微生物中， 利用微生物细胞的高繁殖力大量获得紫杉醇成为可能。 但是由 于紫杉醇的在生物体的合成牵涉到植株体内的几十个基因， 目 前此项技术仍然处于实验室攻关阶段， 在短时间内获得成功不 １９９３ 年，美国蒙大拿州立大学 Ｓｔｒｏｂｅｌ 从短叶紫杉 （Ｔａｘｕｓ ｂｒｅｖｉｆｏｒｌｉａ ） 分离到一株内生真菌，它能与宿主植物产生同一产 物—肿瘤治疗剂紫杉醇， 扩大了药用微生物资源的范围 ， 从而 植物内生菌的研究开始迅速发展 。随后，人们掀起了对植物内 生菌及其活性物质开发的热潮 。 Ｓｔｒｏｂｅｌ 等从松树 （Ｗｏｌｌｅｍｉａ ｎｏｂｉｌｉｓ ） 和茜草科植物 （Ｍａｇｕｉ－ ｒｅｏｔｈａｍｎｕｓ ｓｐｅｃｉｏｓｕｓ ） 中分离 的 内 生 真 菌 Ｐｅｓｔａｌｏｔｉｏｐｓｉｓ ｇｕｅｐｉｎｉ 和 Ｓｅｉｍａｔｏａｎｔｌｅｒｉｕｍ ｔｅｐｕｉｅｎｓｅ 也产紫杉醇。我国华中科技大学生命科学技术学院 的研究人员张鹏等从云南红豆杉树皮内表皮中分离得到 ７５ 株 内生真菌， 采用基于合成紫杉醇合成关键酶 １０－ 去乙酰巴卡亭 Ⅲ － １０－ Ｏ－ 乙酰基转移酶和 Ｃ－ １３ 苯丙氨基侧链 ＣｏＡ 乙酰基 转移酶基因为标志分子的快速筛选方法获得一株可产紫杉醇 的内生真菌 （拟盘多毛孢属真菌 Ｐｅｓｔａｌｏｔｉｏｐｓｉｓ ｓｐ ） ＹＮ６， 发酵 产紫杉醇的量约为 １２０～１４０ｕｇ／Ｌ。孙春燕等人对一株产紫杉 醇的内生菌发酵做了详细的研究， 确定了不同碳源和氮源对其
紫杉醇及多西紫杉醇的合成
酶催化拆分法
酶催化动力学拆分法具有反应条件温和且不消耗手 性拆分剂的特点，是一种较理想的制备手性化合物的方 法，如Lee研发的PS脂肪酶动力学拆分法制备紫杉醇侧链 原料路线
酶催化还原法
如Kearns等研发的生物转化法合成紫杉醇侧链的路线。 此法与酶催化动力学拆分法相比，生物催化的还原反应效 率较高而且整体微生物或细胞的稳定性比游离酶要好
但是它和手性中心诱导法类似，也要求反应物和产物 在结构上相似，而且反应物的价格昂贵，选择范围也比较 小，这种方法目前尚处于起步阶段，不够成熟。由于酶的 不稳定性，此法无法得到稳定的产率。
环状侧链前体物的合成方法
由于光学活性的直线型侧链前体与保护后的母核进 行酯化反应时，直接酯化存在反应条件苛刻、转化率低、 保护的羧酸侧链不稳定等缺点，所以工艺上一般采用环 状侧链前体物用于紫杉醇合成。环状侧链前体物主要包 括β -内酰胺型、噁唑烷型和噁嗪酮型三种
10-DAB
紫杉醇侧链 保护巴卡亭Ⅲ
紫杉醇
多西紫杉醇侧链 保护10-DAB
多西紫杉醇
紫杉醇与多烯紫杉醇侧链的合成
化学合成 法
手性合成
手性催化剂法 手性辅助剂法 手性中心诱导法
拆分外消旋体
生物酶法 酶催化拆分法 酶催化还原法
手心催化剂法
利用基因组工程技术改造汉逊酵母生产甘油和紫杉醇
利用基因组工程技术改造汉逊酵母生产甘油和紫杉醇
利用基因组工程技术改造汉逊酵母生产甘油和紫杉醇
基因组工程技术的发展为生物工程领域带来了新的可能性。通过修改生物体的遗传信息，我们能够改变其代谢途径，使其具备特定的生产能力。在此背景下，汉逊酵母（Hansenula polymorpha）作为一种常见的真核微生物，吸引了人们的关注。本文将探讨利用基因组工程技术改造汉逊酵母生产甘油和紫杉醇的可能性。
首先，我们来了解一下汉逊酵母的特点。汉逊酵母是一种酵母菌，可以在不同的环境中生长和繁殖。它具有较高的生长速度和较强的代谢能力，因此具备潜力用于产生各种有用的化合物。在传统的发酵工业中，汉逊酵母已经被广泛应用于生产酒精、甘油等化合物。然而，由于自然产生的汉逊酵母株系的限制，传统的工业生产往往不能满足市场需求。
基因组工程技术的引入为解决这个问题提供了可能。通过分析汉逊酵母的基因组并选择性地修改某些关键基因，我们可以改变其代谢途径，使其具备产生特定化合物的能力。首先，我们可以通过转基因技术引入甘油产生途径的关键基因，提高汉逊酵母对甘油的生产能力。甘油是一种重要的化学品，广泛应用于制药、化妆品、食品等行业。通过增加甘油合成途径的代谢能力，我们可以获得更高产量和更高纯度的甘油，满足不同行业的需求。
此外，汉逊酵母的基因组工程还可以应用于紫杉醇的生产。紫杉醇是一种重要的抗癌药物，具有抗肿瘤活性。传统的紫杉醇生产通常依赖于从紫杉树提取，成本高昂且供给不稳定。然而，通过将紫杉醇合成途径的关键基因引入到汉逊酵母中，我
第六章 紫杉醇生产工艺电子教材
第六章紫杉醇的生产工艺
6.1 概述
6.1.1 紫杉醇类药物
1、紫杉醇
紫杉醇（Paclitaxel，Taxol®）的化学名称为5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,13α-五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13-[(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯]。
紫杉醇具有复杂的化学结构，属三环二萜类化合物，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成（图6－1）。分子中有11个手性中心和多个取代基团。
图6－1 紫杉醇的化学结构
2、多烯紫杉醇
多烯紫杉醇（多西他赛，Docetaxel，Taxotere®，图6－2）是一种紫杉醇类似物，两者仅在母环10位和侧链上3'位上的取代基略有不同。
3、临床应用
紫杉醇被誉为是随机筛选药物的成功范例。
紫杉醇具有独特的抗癌机制，其作用靶点是有丝分裂和细胞周期中至关重要的微管蛋白。紫杉醇与β微管蛋白N端第31位氨基酸和217－231位结合，能促进微管蛋白聚合而形成稳定的微管，并抑制微管的解聚，将细胞周期阻断于G2/M期，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡。多烯紫杉醇与紫杉醇有相同的作用机制，但抑制微管解聚、促进微管二聚体聚合成微管的能力是紫杉醇的两倍。紫杉醇1992年12月被美国FDA批准用于治疗晚期卵巢癌。1998年和1999年，FDA又分别批准半合成紫杉醇与顺铂联合使用作为治疗晚期卵巢癌和非小细胞肺癌的一线用药。2004年FDA批准白蛋白修饰的紫杉醇，降低毒性，提高疗效。
6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线
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药理活性实验表明它具有良好的抗癌活性和独特的作用 机理：细胞中的微管在细胞有丝分裂时起到十分重要的作用， 它作为细胞的网架结构， 能维持细胞的形状 、 活性和内部物质 的输送和传递。这些微管在和微管蛋白相结合后， 既能自身集 合也能自身解体以达到细胞内部的动态平衡，许多抗癌药物， 如秋水仙素和长春新碱都能和微管蛋白结合并促使细胞微管 解体， 在细胞有丝分裂时阻扰细胞增长， 惟独紫杉醇虽能和微 管蛋白结合， 破坏细胞的分裂， 但却又能保持微管的集合功能 使之稳定， 这样可以减轻毒性， 有效针对癌细胞的同时减少对 正常细胞的危害。正是对于细胞微管的独特作用， 使得紫杉醇 类化合物有独特的抗癌作用， 临床治疗也表明， 紫杉醇对于癌 症有非常好的疗效， 尤其对于卵巢癌和乳腺癌而言是目前治疗 效果最好的药物［２］。１９９２ 年一上市， 紫杉醇就受到了医学界的 热烈欢迎， 当年即创下年销 ２ 亿多美元的惊人业绩， 上市第 ７ 年全球市场销售额就突破 １０ 亿美元，而且目前市场需求量呈 逐年上升趋势。
表 １ 紫杉醇的提取及其分离方法
２．２．３ 植物细胞培养研究进展
近二十年来， 由于科学研究和临床治疗的大量需求， 造成 红豆杉大面积的被砍伐， 红豆杉科植物几乎被砍伐一空， 仍然
２０１２ 年 ５ 月 ห้องสมุดไป่ตู้５期 （总第 １６２ 期 ）
轻工科技
ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
食品与生物
紫杉醇的生产研究
周培华 １， 刘 兰 １， 李干雄 ２， 黄桂华 １， 齐宗献 １
（１．广西大学生命科学技术学院食品发酵研究所， 广西 南宁 ５３０００５； ２．广东科伦药业有限公司研发部， 广东 梅州 ５１４７００ ） 【摘
植物提取、 微生物发酵三方面叙述了紫杉醇生产的思路和基本方法， 对各种思路的可行性和方法的 要】 从化学合成、 优劣势进行了比较和分析。目前进行紫杉醇工业化生产的传统方法为从红豆杉科植物中提取获得， 较为有产业前景和优势的方法 为红豆杉科植物细胞培养生产紫杉醇， 采用微生物特有的育种技术筛选具有紫杉醇高产能力的内生菌进行发酵生产紫杉醇也是一 个极其吸引人的研究领域。 生产研究 【关键词】 紫杉醇； 【中图分类号】Ｑ８１３ 【文献标识码】 A （２０１２） ０５ － ０８ － ０２ 【文章编号】 ２０９５－ ３５１８
紫杉醇 紫杉烷骨架
紫杉醇及其紫杉烷骨架化学结构示意图：
生成紫杉烷骨架。 紫杉醇合成的另一方法是以天然来源的 ｂａｃｃａｔｉｎ Ⅲ 或者 １０－ 去乙酰 ｂａｃｃａｔｉｎⅢ为原料，通过 １３ 位酯化得到紫杉醇或 其它半合成衍生物［３－ ５］。 不论是合成法或者半合成的化学方法获得紫杉醇， 大都存 在原料昂贵且需要经过及其复杂、严格和繁琐的化学步骤， 对 于大规模工业化生产的成本投入存在巨大的挑战， 而且以此种 方法获得的紫杉醇价格势必难以为市场接受。 ２．２ 植物提取法 ２．２．１ 紫杉醇在植物体内的分布状况 紫杉醇属于紫杉烷骨架及其类似化合物， 目前已对红豆杉 科的各属种及若干变种的化学成分进行了研究， 发现了大量具 有紫杉烷骨架及类似骨架的化合物， 但迄今为止， 还没有发现 抗癌活性强于紫杉醇的天然来源的紫杉烷类化合物。 在紫杉醇 引起人们的关注后， 研究人员对红豆杉科植物做了细致研究和 分析。 紫杉醇在植物体内含量较低， 目前研究报道紫杉醇含量最 高的植物原料为短叶红豆杉的树皮组织中， 含量也仅为 ０．０６％ ～０．０７％，紫杉各树种和树的不同部位平均含量约为 ０．０１５％。 另外， 紫杉醇在植物体内含量受多种因素的影响， 不同种类或 不同部位的紫杉醇含量相差几十上百倍。其影响因素主要有： （１ ） 不同种的红豆杉科植物中紫杉醇的含量差别大。如短叶红
１ 前言
紫杉醇 （ｔａｘｏｌ ） 是从红豆杉科红豆杉属植物短叶中红豆杉 （ｔａｘｕｓ ｂｒｅｖｉｆｏｌｉａ ） 中分离出的一种具有独特结构的二萜类成 ） 。 分， 它的骨架三环二萜， 被命名为紫杉烷 （ｔａｘａｎｅ
［１］
的短缺， 因此历来也为众多化学研究人员所热衷。但是迄今为 止， 紫杉醇的全合成尚未成功， 其中较大障碍是环氧丙烷环的 合成。有报道用 Ｍｉｓｃｈｅｒ Ｗｉｅｌａｎｄ 酮转化为正确立体结构的含 紫杉醇 Ｃ， Ｄ 环片断， 此片断还有活性基团， 可进一步反应生成 Ａ， Ｂ 环。 在紫杉烷成分中， 一大类在 Ｃ－ ４ （２０ ） 上有双键， Ｃ－ ５ 位 有 α － ＯＨ 或酯， 它们有的含量很高， 但活性很弱。Ｅｔｔｏｕａｎｉ 等 将具有 Ｃ－ ４ （２０ ） 位双键的化合物 ｔａｘｉｎｉｎｅ Ｂ 通过 ９ 步反应转 化为具有 Ｃ－ ４ （２０ ） ， ５ 环氧丙烷化的化合物。另外有报道以一 种廉价易得的 α － 蒎烯为原料， 但是需要通过 ８ 步复杂的反应
（４ ） 与植株生长 豆杉叶子越老含量越高， 而枝子越嫩含量越高。 高。 不同经纬度生长的植株含量也有差异。 另外， 采收时节和储
紫杉醇的提取的传统方法为乙醇、 甲醇或甲醇和二氯甲烷 提取溶 混合溶剂提取。最新的方法有超临界液相色谱法提取， 较传统方法稍优。
温度 ４５℃ ， 压力 １８．０ ～２５．８Ｍｐａ， 效果 剂为 ＣＯ２ 或 ＣＯ２／ＥｔＯＨ，
２ 紫杉醇的获得
２．１ 化学合成 紫杉醇本身具有及其复杂的化学结构， 化学合成方法获得 具有很大的难度， 但是由于其有效的抗癌功能和提取所需原料
【作者简介】 周培华， 男， 湖南邵阳人， 广西大学生命科学技术学院硕士研究生， 研究方向： 生物制药。
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豆杉中紫杉醇含量为 ０．０６９％， 浆果红豆杉为 ０．０４９％。 （２ ） 同种 植物不同部位的含量差异很大。一般分布规律为树皮最高， 而 枝叶和心目较低。 （３ ） 与植物生长年限有关。 如东北红豆杉中生 长年限越长， 含量越高。 但不同部位可能有一定变化， 如短叶红 环境有关。一般来说， 生长在阴处的比日光曝露下的干皮含量 存加工方式也对植株体内的紫杉醇含量有一定的影响［６］。 ２．２．２ 紫杉醇的提取方法